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Sustainable engineering
01MKXIY
A.A. 2023/24
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Ingegneria Chimica - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 10 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Piumetti Marco | Professore Associato | ICHI-02/B | 10 | 0 | 0 | 0 | 3 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** |
|---|
Il corso è stato finalizzato a fornire allo studente gli elementi di analisi e gli strumenti per la comprensione di sistemi produttivi complessi al fine di sincronizzare le attività antropiche ai cicli naturali. Verranno introdotti e utilizzati i principi della termodinamica per l'analisi di sistemi di complessi industriali. L'analisi del processo è indirizzata alla valutazione delle interazioni tra le attività antropiche e l'ambiente per capire l'evoluzione verso le nuove tendenze tecnologiche. Verranno introdotte e utilizzate alcune specifiche tecniche di progettazione per la limitazione del consumo di materia ed energia in prodotti, processi e servizi; verranno forniti i seguenti approcci metodologici: la transizione verso l'utilizzo di materiale rinnovabile anziché non rinnovabile, la valutazione dei servizi energetici utilizzando l'efficienza energetica e il ritorno sull'investimento energetico (EROI). Inoltre, l'applicazione del principio di conservazione della materia sarà utilizzato per la determinazione del consumo idrico e delle sostanze tossiche nella produzione di prodotti e processi secondo criteri di allocazione delle risorse e di valutazione dell'impronta ambientale. Infine, verranno presentati gli effetti del cambiamento climatico sull'ambiente e sulla salute umana.
Sustainable Engineering
Aim: the course has been finalized to give to the student the elements of analysis end tools for the interpenetration of complexes production systems to the end to synchronize the anthropologic activities to the natural cycles. The principles of irreversible thermodynamics will be introduced and used in order to analyse industrial complexes system. The process analysis is focused to the evaluation of the interactions between anthropologic activities and the environment to figure out the modification toward new technology trends. Some specific techniques of design to limitation of mater and energy use in products, process and services will be introduced and utilized; the following methodological approaches will be furnished: the transition toward the use of renewable material instead of no renewable, the evaluation of energy services using the energy efficiency and energy return on invested (EROI). Aimed to the evaluation of new technological trends, application of conservation of mater principle will be used for the determination of the water use and toxic substances in the production of products and processes following the criteria of allocation of resources and the evaluation of environmental foot print. Finally, the health effects of climate change will be considered and the research methods used in this field.
ingegneria, architettura, chimica, fisica, biotecnologia, economia
engineering, architecture, chemistry, physics, biotechnology, economics
Introduzione: Principi di sistemi irreversibili; rivisitazione del I e II principio della termodinamica; consumi energetici e lavoro perso; generazione entropica: cause ed effetti; analisi della conversione energetica: dalle fonti al servizio energetico; i principi di conservazione della materia; materia rinnovabile e non rinnovabile; modelli cinetici di consumo di materia in sistemi aperti e chiusi; impronta ecologica di prodotti e processi: principi e valutazione tecnica.
Analisi dei cicli antropici complessi: bilancio di massa delle attività antropiche: la produzione di ammonio e fertilizzanti; la produzione di acido solforico; la chimica del cloro e l'uso dei suoi derivati nei sistemi di produzione; l'albero delle materie prime petrolchimiche e plastiche; l'analisi delle produzioni di carta e vetro; dai metalli alle merci; la produzione di beni assemblati.
Analisi delle produzioni biotecnologiche: i cicli del carbonio (biologico, cellulosico e fossile) come feed stream per il nuovo approccio della bioraffineria; le produzioni biotecnologiche come materia prima per la produzione di processo. Principi di ingegneria biotecnologica: enzimi, batteri e funghi come biocatalizzatori; i processi biotecnologici come strumento tra attività antropologiche e cicli naturali; il processo di biotecnologia ambientale per i processi di produzione e ripristino dell'energia.
Ecologia industriale: andamento storico degli usi della materia e dell'energia, i processi di decarbonizzazione delle fonti energetiche; efficienza energetica: energia per la produzione, energia intrinseca ed energia per usi; l'uso dell'efficienza globale di un sistema come strumento alternativo per la progettazione; l'efficienza globale nell'uso della materia; dalla produzione di manufatti alla produzione di servizi; servizi, prodotti e scarti; la progettazione per il disassemblaggio e il riutilizzo; fluido di processo: tecniche per limitare le quantità e riutilizzare.
Teoria generale dei sistemi produttivi: fondi, capitale naturale, flussi; valutazione dei consumi oscurati ed esterni in un processo; teoria dello stato stazionario: variabili termodinamiche ed economiche; i principi del feedback e l'evoluzione della produzione industriale; i principi del benchmarking ambientale: lo sviluppo di indicatori di eco-efficienza come linee guida per la modifica delle linee di produzione.
Gli effetti sulla salute dei cambiamenti climatici. La prospettiva umana del cambiamento climatico; riscaldamento globale, inquinamento e qualità dell'aria; infezioni; nutrizione; migrazione; approcci di ricerca utilizzati in questo campo.
Riferimenti:
Efficiency and Sustainability in the Energy and Chemical Industries, Jakob de Swaan Arons, Hedzer van der Kooi, Krishnan Sankaranarayanan,CRC, 2004
Progettare per l'Ambiente, B.Ruggeri e A.Robasto, Ranieri Editore, 2002
Wasteless Chemical Processing, V.V. Kafarov, Mir Publ., 1982
Industrial Metabolism, the Environment and Application of Material-Balance Principles for Selected Chemicals¿ by R.U.Ayres et al. IIASA Ed., 1989
Industrial Ecology T.E.Gradel and B.R.Allenby, Prentice Hall, 1995
Per approfondimenti:
N. Georgescu-Roegen, The Entropy Law and the Economic Process, Harvard Univ. Press, 1971, 1999 Tim Jackson, Prosperità senza crescita, Ed Ambiente, 2011 Gael Giraud, Transizione Ecologica, emi edizioni, 2015 Richard Heinberg, The End of Growth, Clairview Book, 2011
Introduction: Principles of irreversible systems; revisitation of I and II principles of thermodynamics; energy consumption and work lost; entropic generation: causes and effects; analysis of energy conversion: from the sources to energy service; the principles of mater conservation; renewable and no-renewable mater; kinetic models of mater consumption in open and close systems; ecological foot print of products and processes: principles and technical evaluation.
Analysis of complex anthropologic cycles: mass balance of anthropologic activities: the production of ammonium and fertilizers; the production of sulphuric acid; the chemistry of chlorine and the use of its derivatives in the production systems; the tree of petrochemical and plastic materials; the analysis of paper and glass productions; from metals to goods; the production of assembled goods.
Analysis of biotechnological productions: the carbon cycles (biological, cellulosic and fossil) as feed stream for bio-refinery new approach; the biotechnological productions as feedstock for process production. Principles of biotechnology engineering: enzymes, bacteria and fungi as biocatalyst; the biotechnology processes as tool between anthropologic activities and natural cycles; the environmental biotechnology process for energy production and restoration processes.
Industrial Ecology: historical trend of mater and energy uses, the decarbonisation processes of energy sources; energy efficiency: energy for the production, intrinsic energy and energy for uses; the use of global efficiency of a system as alternative tool for the design; the global efficiency in the use of the matter; from the production of and-made products to the production of services; services, products, and discards; the design for the de-assembling and reuse; process fluid: techniques to limit the quantities and reuses.
General theory of productive systems: founds, natural capital, flows; evaluation of obscured and external consumptions in a process; steady-state theory: thermodynamic and economic variables; the principles of feedback and the evolution of industrial production; the principles of environmental benchmarking: the developing of eco-efficiency indicators as guidelines for the modification of productions lines.
Climate change and health effects: How changes in Earth’s atmosphere affect health outcomes. The human perspective of climate change; heat, pollution and air quality; infections, nutrition, migration.
References:
Efficiency and Sustainability in the Energy and Chemical Industries, Jakob de Swaan Arons, Hedzer van der Kooi, Krishnan Sankaranarayanan,CRC, 2004
Progettare per lAmbiente, B.Ruggeri e A.Robasto, Ranieri Editore, 2002
Wasteless Chemical Processing, V.V. Kafarov, Mir Publ., 1982
Industrial Metabolism, the Environment and Application of Material-Balance Principles for Selected Chemicals¿ by R.U.Ayres et al. IIASA Ed., 1989
Industrial Ecology T.E.Gradel and B.R.Allenby, Prentice Hall, 1995
Research books:
N. Georgescu-Roegen, The Entropy Law and the Economic Process, Harvard Univ. Press, 1971, 1999
Tim Jackson, Prosperità senza crescita, Ed Ambiente, 2011
Gael Giraud, Transizione Ecologica, emi edizioni, 2015
Richard Heinberg, The End of Growth, Clairview Book, 2011
In presenza
On site
Presentazione orale
Oral presentation
P.D.1-1 - Gennaio
P.D.1-1 - January